PENGATURAN FISIOLOGIS PADA TUBUH MANUSIA
1. Sistem Manusia - Lingkungan
Dalam kehidupannya manusia berinteraksi dengan dua lingkungan, yaitu: lingkungan eksternal (fisik) dan lingkungan internal. Hubungan antara kedua lingkungan ini bersifat terbuka. Dari lingkungan eksternal manusia mendapatkan energi makanan (lemak dan karbohidrat), dan material-material lain (oksigen, air, protein, mineral dan vitamin) yang dibutuhkan oleh sel, jaringan dan organ. Bahan-bahan dari lingkungan eksternal ini masuk ke dalam lingkungan internal.
Lingkungan internal mempunyai kemampuan mengorganisir material yang heterogen menjadi struktur yang homogen yang kita sadari sebagai keadaan yang dibutuhkan tubuh manusia. Keadaan yang homogen ini dicapai dan dikelola melalui proses-proses pengaturan dengan cara mengeluarkan simpanan energi (yang levelnya lebih besar) ke lingkungan. Kapasitas untuk mencapai keadaan homogen dari keadaan yang heterogen merupakan sifat dasar dari seluruh organisme hidup.
Tubuh manusia terdiri dari sel-sel, jaringan dan organ-organ yang terendam dalam lingkungan berair (lingkungan inilah yang disebut lingkungan internal). Lingkungan internal ini terdiri dari lebih kurang l5 liter cairan ekstra seluler (yang terdiri dari plasma darah, cairan getah bening dan cairan yang tersebar di antara jaringan) dan lebih kurang 30 liter air intra seluler. Jadi hampir 70 % dari berat tubuh manusia adalah air.
2. Konsep Homeostasis
Sehatnya fungsi sel, jaringan dan organ sangat berhubungan dengan keadaan atau status fisik dan kimia dari lingkungan internal. Sifat-sifat fisik meliputi suhu, tekanan osmotik dan berat jenis. Sifat kimia meliputi kandungan ion hidrogen (pH), tekanan parsial oksigen, konsentrasi elektrolit (sodium, potasium, posporus dan klorid) maupun kandungan (kadar) gula, asam amino dan lemak. Keadaan sehat tergantung dari keadaan pengaturan sifat-sifat fisik dan kimia. Simpangan yang besar dari keadaan seimbang selalu berhubungan dengan memburuknya fungsi organ (sakit). Tingkat pengaturan lingkungan internal ini pada umumnya teridentifikasi pada homeostasis.
Sifat lingkungan internal ditandai dengan simpangan yang kecil atau terkontrol. Yang tergambar dari keadaan ini adalah komposisi lingkungan internal bervariasi dengan sangat terbatas. Sifat yang paling ketat terjaga (teratur) adalah suhu, pH, tekanan osmotik dan konsentrasi beberapa elektrolit seperti sodium, potasium dan klorid. Sifat dengan pengaturan longgar terjadi pada konsentrasi enzim darah dan limbah dari metabolisme seluler. Sifat-sifat yang paling terjaga adalah hal yang paling vital pada effisiensi fungsi dari sel, jaringan dan organ. Sifat-sifat yang tidak terjaga tidak berhubungan atau tidak penting untuk kesehatan fungsi sel, jaringan atau organ.
Simpangan yang terbatas pada sifat fisik dan kimia lingkungan internal ini berarti ada pada keadaan yang mantap. Keadaan yang mantap bukan berarti keadaan yang tetap (statis) tetapi keadaan yang dinamis dengan simpangan yang terbatas (teratur). Keadaan ini dicapai dengan pengaturan fisiologis. Proses-proses pengaturan fisiologis inilah yang disebut dengan mekanisme homeostasis.
3. Mekanisme Homeostasis
Iritabilitas merupakan sifat dasar dari organ-organ tubuh manusia. Dengan iritabilitas berarti kita berespon terhadap perubahan lingkungan. Perubahan lingkungan merupakan stimulus untuk terjadinya perubahan keseimbangan lingkungan internal. Perubahan lingkungan akan berarti sebagai stimulus jika intensitas dan durasi dari perubahan lingkungan tersebut cukup untuk menimbulkan respon .
Sel, jaringan dan organ berespon terahadap lingkungan dengan dua cara. Pertama perubahan menimbulkan aksi langsung pada sel. Sebagai contoh : hadirnya suatu zat kimia (perubahan kimia) pada lingkungan internal menyebabkan proses-proses seluler menjadi lebih cepat atau lambat. Hormon bekerja pada kejadian ini. Kedua, perubahan lingkungan terdeteksi oleh sel-sel khusus, yaitu sel-sel pada system syaraf. Pada kasus ini respon organ bersifat tidak langsung,, tetapi dimediai oleh sistem syaraf. Selanjutnya kita akan melihat bagaimana sistem syaraf berfungsi yang kemudian disertai dengan sistem endokrin.
3.1 Sistem Syaraf
Organ-organ tubuh manusia memiliki detektor yang sensitif (organ dengan tanggapan khusus) yang khusus menanggapi berbagai jenis rangsangan. Jadi pada tubuh manusia terdapat organ-organ yang menanggapi (bereaksi) terhadap cahaya/sinar, suara, perubahan kimia, gradien termal, tekanan, regangan, dan masih banyak lagi. Beberapa organ berfungsi menanggapi perubahan lingkungan internal. Beberapa organ lain bertugas menanggapi perubahan lingkungan eksternal.
Detektor atau reseptor adalah perpanjangan jaringan syaraf dari pusat sistem syaraf. Pusat sistem syaraf terdiri dari otak, batang otak dan sumsum tulang belakang. Reseptor ini merupakan ujung syaraf yang terbuka. Sebagai contoh reseptor yang mendeteksi perubahan termal adalah ujung-ujung syaraf yang terbuka yang terdapat di kulit. Reseptor juga bisa berupa struktur yang lebih kompleks seperti (ujung-ujung syaraf yang terbuka yang terdapat di) mata atau telinga.
Reseptor adalah transduser energi yang mengubah rangsangan yang berupa iritasi khusus menjadi pulsa listrik. Pulsa listrik ini akan menjalar di sepanjang perpanjangan jaringan syaraf (neuron atau serabut syaraf) ke lokasi khusus di pusat syaraf. Neuron yang berfungsi sebagai penghantar pulsa listrik dari hasil rekaman perubahan lingkungan ini disebut afferent neuron atau sensory neuron .
Ada dua grup pusat syaraf utama di mana pulsa-pulsa syaraf ini ditujukan yaitu :
1. Pusat refleks. Berlokasi di batang otak dan sumsum tulang belakang.
2. Pusat sadar. Berlokasi di otak.
Pusat refleks mengumpulkan informasi dari pulsa syaraf tanpa disadari oleh organ-organ yang bersangkutan. Pusat sadar mengumpulkan informasi dari pulsa syaraf yang sifat dan lokasi dari perubahan lingkungannya disadari. Informasi ke pusat refleks akan ditanggapi berupa refleks-rekleks khusus. Sebagai contoh; jika kita memegang benda panas, maka secara refleks kita akan menjatuhkannya. Informasi ke pusat sadar akan ditanggapi secara sukarela. Secara sadar, oleh akibat benda panas yang dipegang dalam contoh di atas akan timbul rasa nyeri dan luka bakar. Respon yang terjadi terhadap perubahan lingkungan biasanya melibatkan baik pusat refleks maupun pusat sadar.
Refleks adalah reaksi yang otomatis dan tidak disengaja yang terjadi pada otot-otot atau kelenjar-kelenjar dalam organ manusia. Reaksi-reaksi otot atau kelenjar tersebut terbawa melalui neuron yang bergerak dari pusat refleks dalam pusat sistem syaraf ke otot-otot dan kelenjar-kelenjar tersebut. Pulsa syaraf ini merambat melalui efferent atau motor neuron. Jika pulsa syaraf bereaksi pada otot, maka pada otot-otot tersebut akan terjadi perubahan panjang, sehingga terjadi gerakan. Jika pulsa syaraf bereaksi di kelenjar, kelenjar tersebut akan memproduksi dan melepaskan cairan sekresi (air liur, empedu, keringat, dan sebagainya).
Pada umumnya otot-otot pada tubuh manusia terletak menempel pada tulang atau menempel di dinding organ dan struktur, seperti sistem pencernaan makanan, kantong kemih dan pembuluh-pembuluh darah. Di dalam tubuh manusia terdapat dua jenis kelenjar, yaitu kelenjar eksokrin dan kelenjar endokrin. Kelenjar eksokrin berperan pada sistem pencernaan makanan dan sistem produksi (pengeluaran) keringat. Kelenjar-kelenjar ini mempunyai salutan (pembuluh) dan jika terangsang akan menghasilkan/mengeluarkan produk seperti ludah dan keringat Kelenjar endokrin tidak mempunyai pembuluh. Produknya berupa hormon (bahan pengatur), produk ini akan langsung masuk ke dalam aliran darah.
Otot-otot yang menempel pada tulang tidak hanya diaktifkan oleh refleks, tetapi juga dapat diatur oleh keputusan sukarela (sadar). Aktivitas sukarela ini dimungkinkan oleh motor neuron yang bergerak ke otak atas perintah pusat kesadaran dan keluar dari pusat sistem syaraf ke otot-otot tulang. Sebagai contoh, bernafas adalah aktivitas otomatis yang tidak disadari. Dengan keputusan sukarela suatu ketika kita dapat menghentikan nafas sementara, menahan nafas atau mengatur panjang pendeknya pernafasan.
3.2 Sistem Endokrin
Pada umumnya kelenjar yang tidak berpembuluh dirangsang oleh refleks. Ada juga yang dirangsang atau dihambat oleh perubahan kimia khusus pada cairan di sekelilingnya. Sebagai akibat dari adanya stimulasi, apakah itu secara kimiawi atau syaraf, kelenjar endokrin memproduksi hormon yang langsung masuk ke dalam aliran darah. Hormon adalah molekul organik kompleks yang terbawa di dalam alirah darah ke sel-sel atau organ, berfungsi mengatur metabolik sel, jaringan dan organ.
Hormon tidak memulai proses-proses di dalam tubuh, tetapi hanya mengatur laju aktifitas di mana hormon tersebut beiperan. Reaksi terhadap perubahan lingkungan bersifat hormonal berlangsung lambat dibandingkan dengan reaksi yang ditimbulkan oleh urat syaraf. Pulsa syaraf bergerak sangat cepat pada neuron sensor atau neuron motor, jauh lebih cepat dari pada perjalanan hormon di dalam sistem sirkulasinya.
Hormon-hormon yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin mempunyai peran yang luas. Peran-peran hormon yang telah diketahui antara lain: mengatur pertumbuhan fisik dan mental, metabolisme sel, sifat fisik dan kimia lingkungan internal, proses-proses pencernaan, dan memfungsikan banyak organ tubuh.
3.2.1 Pengaturan Tekanan Osmotik Lingkungan Internal
Organ organ yang berperan dalam proses tersebut adalah hipotalamus (terletak di batang otak banyak mengandung pusat-pusat refleks untuk mekanisme homeostatik), kelenjar pituitary posterior, dan ginjal. Ginjal berfungsi untuk membuang limbah hasil metabolisme, tetapi juga menjaga air di dalam tubuh. Ginjal mempunyai kemampuan mengatur jumlah dan kepekatan urin dalam rangka mengatur air di dalam tubuh. Kelebihan air di tubuh akan menurunkan tekanan osmotik darah. Kekurangan air dalam tubuh akan meningkatkan tekanan osmotik. Perubahan tekanan osmotik dalam darah akan terdeteksi oleh osmoreseptor yang berlokasi di pembuluh darah kecil di hipotalamus. Pulsa syaraf terbawa melalui neuron ke kelenjar pituitary posterior di mana hormon diuretic disimpan. Hormon ini diproduksi dan langsung dibawa oleh aliran darah ke ginjal di mana jumlah produksi air (urin) diatur. Jika darah kental dan tekanan osmotik naik, produksi hormon diuretic diperbesar. Sebagai akibatnya volume urin turun (sedikit). Dengan sedikitnya urin yang dikeluarkan, maka banyak air yang terjaga, dan darah menjadi encer. Produksi hormon diuretik diturunkan. Inilah perubahan kimiawi dinamis antara batang otak dan ginjal dalam pengelolaan lingkungan internal agar tekanan osmotik menjadi mantap.
3.3. Model Sederhana Mekanisme Homeostasis
Perubahan lingkungan eksternal pada umumnya ditanggapi oleh tubuh melalui sistem syaraf, perubahan dideteksi oleh detektor (receptor) khusus. Perubahan lingkungan internal dideteksi oleh detektor khusus lainnya. Tubuh manusia merupakan sistem terbuka, yang membutuhkan energi makanan dan material-material makanan dari lingkungan eksternal, maka model mekanisme homeostasi melibatkan pengaturan internal dan pengaturan eksternal.
3.3.1. Pengaturan Internal
Perubahan lingkungan internal akan menimbulkan keadaan yang menyimpang (dari keadaan set-point) pada reseptor-reseptor internal. Penyimpangan tersebut akan terdefeksi dan menimbulkan respon untuk mengoreksi simpangan tersebut. Tanpa adanya simpangan maka tidak akan ada pengaturan. Keragaman awal pada lingkungan internal ini disebut sistem keragaman. Suatu ketika proses-proses pengaturan akan beraksi untuk mengkoreksi simpangan. Organisme memiliki mekanisme untuk menunjukkan bahwa simpangan telah dikoreksi. Mekanisme ini diidentifikasikan sebagai umpan balik negatif. Jika perubahan lingkungan telah dikoreksi lingkungan di sekitar detektor mendekati keadaan set-point. Detektor kemudian berhenti menimbulkan respon-respon pengaturan lanjutan. Oleh karena diperlukan waktu untuk berbagai tahapan proses pengaturan, maka sering terjadi koreksi berlebih. Koreksi berlebih ini menimbulkan lingkungan yang baru, yang dapat memicu mekanisme pengaturan kembali. Jadi sistem keragaman adalah perubahan yang kontinu pada lingkungan internal. Simpangan dari keadaan set-point pada detektor tidak pernah terkoreksi secara komplit, tetapi mekanisme pengaturan memungkinkan keadaan mantap pada lingkungan internal terkelola.
3.3.2. Pengaturan Eksternal
Pengelolaan keadaan mantap pada lingkungan internal menuntut organisme terus menerus mengisi kembali simpanan energi makanan dan material-material lain yang terbatas dari sumber di lingkungan eksternal. Jika pemanfaatan materi-materi tersebut terjadi secara kontinu, maka pemasukan juga harus dilakukan secara kontinu. Walaupun demikian banyak simpangan pada sifat-sifat fisik dan kimia lingkungan internal tidak dapat dikoreksi oleh mekanisme pada lingkungan internal itu sendiri. Untuk alasan ini maka perlu ada komponen-komponen perilaku pengaturan fisiologis yang disebut pencarian (searching) terhadap energi makanan dan materialmaterial lain untuk mengoreksi simpangan dari lingkungan eksternal. Pencarian memerlukan vektor yang dapat diarahkan organisme ke arah material-material yang dibutuhkan. Jadi pengaturan eksternal terdiri dari pencarian dan pengarahan (searching and orientation). Letak reseptor sensor yang ada di bagian luar (di permukaan tubuh) membuat search and orientation menjadi efektif.
Aspek perilaku lain dari pengaturan eksternal adalah membantu mekanisme homeostasis menyangkut perbaikan dari variasi ekstrim lingkungan eksternal. Variasi-variasi ini dideteksi oleh receptor eksternal dan responnya adalah proses-proses motor yang kompleks. Sebagai contoh adalah timbulnya kebutuhan akan "pakaian, sangkar (selter), pemanas dan pendingin ruangan" sebagai proteksi terhadap lingkungan. Binatang juga mempunyai cara untuk mengatasi lingkungan dengan cara membangun sarang, hidup di dalam liang atau goa atau di bawah batu. Banyak binatang yang bergerak masuk atau keluar dari sarang tergantung dari keadaan lingkungan eksternal. Proteksi terhadap lingkungan ini dapat dilihat sebagai search and orientation.
3.3.3. Aksi Gabungan Pada Mekanisme Homeostasis
Tubuh manusia bukan merupakan susunan yang sederhana atas sel-sel, jaringan-jaringan dan organ-organ, melainkan merupakan gabungan dari organisme-organisme yang utuh dan menyatu. Fungsi organisme tidak dapat diprediksi dari proses-proses utama atau unsur-unsurnya saja. Organisasi dan hubungan antar sel-sel, jaringan-jaringan dan organ-organ tidak dapat diduga dari bagian-bagian yang terisolasi yang diketahui. Sifat yang menarik dari organisme adalah operasional yang terintegrasi. Sel-sel, jaringan jaringan dan organ-organ mempunyai fungsi yang khusus, tetapi bagian-bagian ini membentuk fungsi yang holistik melalui sistem yang terintegrasi yaitu sistem syaraf dan sistem endokrin. Sistem-sistem inilah yang sangat berperan dalam mekanisme homeostasis. Mekanisme inilah yang mengelola lingkungan internal terjaga dalam "keadaan mantap" menghadapi perubahan lingkungan eksternal. Terpeliharanya keadaan mantap menghadapi tantangan perubahan lingkungan eksternal merupakan ukuran efektifitas pengaturan fisiologis.
Organisme tubuh manusia mernpunyai kemampuan penyesuaian yang cepat (segera) dan penyesuaian lanjutan. Penyesuaian homeostatik cepat dijalankan oleh sistem syaraf, penyesuaian lanjutan dijalankan oleh sistem syaraf bekerjasama dengan sistem endokrin. Pengulangan atau perpanjangan waktu paparan stress, reaksi organismik akan berubah. Lama gangguan terhadap keadaan mantap dan derajad variasi mekanisme homeostasis sedikit demi sedikit akan berkurang. Variasi fenotip ini disebut "Aklimatisasi", jika penyebab stress adalah faktor meteorologi. Variasi fenotip ini bersifat plastis tergantung dari kapasitas adaptasi. Manusia mempunyai plastisitas fenotif yang besar sehingga dapat hidup pada kisaran lingkungan eksternal yang lebar.
Jika keadaan mantap pada lingkungan internal tidak dapat dijaga oleh karena kendala pada mekanisme homeostasis terlalu besar dan terjadi disintegrasi, fungsi-fungsi seluler maupun organismic akan terganggu. Dalam keadaan demikian organisme dikatakan dalam keadaan sakit. Gejala penyakit pada organisme ditimbulkan oleh percobaan mekanisme homeostasis dalam mempertahankan keadaan mantap dan oleh aksi keadaan yang merusak pada organisme.
4. Hubungan Mekanisme Homeostasis Dengan Kapasitas Adaptasi Menghadapi Perubahan Cuaca
Manusia modern merupakan evolusi dari Generasi Australopithecus yang tinggal di iklim stepa semi-arid di Afrika timur dan Selatan. Berjuta juta tahun kehadirannya di bumi manusia menyebar dan hidup dalam lingkungan yang sangat beragam, dari daerah panas hingga daerah dingin, dari berbagai ketinggian permukaan laut hingga tempat dengan udara yang jarang di pegunungan. Kapasitas adaptasi dipengaruhi baik oleh faktor fisiologis maupun faktor budaya. Pada bab ini kita akan membahas pengaturan fisiologis manusia menghadapi kendala panas, dingin dan tekanan parsial oksigen rendah.
4.1. Termoregulasi
Tubuh manusia mempunyai "darah panas". Suhu lingkungan internal dijaga pada suhu sekitar 37°C. Mekanisme homeostasis berfungsi pada pengaturan suhu untuk menjaga keseimbangan termal, yaitu keseimbangan produksi dan pelepasan bahang sehingga keadaan mantap suhu terjaga.
Simpangan dari kondisi mantap akan terdeteksi oleh sel-sel yang sensitif terhadap bahang di hipotalamus. Reseptor-reseptor ini dan pusat refleks dimana neuron-neuron afferent menyampaikan pulsa memberi kuasa pada pusat pengaturan suhu. Informasi-informsi bergerak dari reseptor yang sensitif terhadap suhu berada di lapisan-lapisan dalam kulit ke pusat pengaturan suhu. Oleh receptor-reseptor ini pusat memperoleh informasi bahwa lingkungan menjadi lebih panas atau lebih dingin. Pusat pengaturan suhu kemudian mengaktifkan mekanisme homeostasis untuk mengelola keseimbangan bahang.
Mekanisme homeostasis dijalankan oleh pusat pengaturan suhu akan menahan atau melindungi bahang di dalam tubuh (mengurangi kehilangan bahang) pada saat organisme terpapar udara dingin, dan meningkatkan kehilangan bahang pada saat menghadapi pemanasan yang berlebih. Jadi penyelesaian masalah dalam pengaturan bahang di sini adalah meningkatkan produksi panas pada lingkungan dingin dan meningkatkan pelepasan panas pada lingkungan panas. Proses-proses pengaturan di sini melibatkan pengaturan internal dan pengaturan eksternal, dengan melibatkan baik mekanisme syaraf maupun mekanisme endokrin. Sistem syaraf yang terlibat dalam pengaturan adalah sistem syaraf “autonomic". Pengaturan refleks melibatkan sistem "cardiovascular" (jantung dan pembuluh-pembuluh darah) , sistem pernafasan, dan kelenjar keringat.
Kisaran suhu dimana orang tidak mengalami stress pada termoregulasi dan produksi bahang dalam keadaan istirahat minimal disebut zona "thetmoneutral". Untuk manusia zona ini berada pada kisaran 28°C - 31°C. Keadaan di atas termonetral menyebabkan mekanisme peningkatan pelepasan bahang diaktifkan, di bawah termonetral mekanisme konservasi bahang aktif.
4.1.1. Mekanisme konservasi bahang
Respon fisiologis yang segera terjadi jika terpapar udara dingin adalah refleks mengkerutnya pembuluh. Dua pusat refleks yang terlibat adalah pusat pengatur suhu dan pusat vasomotor (penggerak pembuluh) di bagian meduler dari cabang otak. Pusat vasomotor merupakan pusat outonomic. Serabut-serabut syaraf (neuron) dari pusat ini melewati otot-otot pada dinding-dinding vena dan arteri kecil di bawah, kulit. Jika otot-otot disekeliling pembuluh herkontraksi, maka ukuran pembuluh ini berkurang, yaitu dengan. mengkerut. Aliran darah di wilayah perifer (pinggiran) tubuh akan berkurang. Darah berfungsi membawa bahang metabolik ke kulit untuk dilepaskan melalui proses radiasi dan konduksi. Adanya refleks pengkerutan pembuluh menyebabkan pelepasan panas radiatif dan konduktif akan terhalang sehingga bahang di dalam tubuh terjaga. Sebagai imbangan pembuluh darah di dalam tubuh tnembesar, sehingga aliran darah ke dalam tubuh ini (ke dalam jantung) besar. Oleh adanya peningkatan volume darah ke jantung melalui vena (pembuluh balik) besar, tekanan darah cenderung meningkat.
Oleh paparan dingin yang berkepanjangan, refleks vasomotor tidak memadai lagi, bahang yang dijaga tidak mencukupi. Suhu lingkungan internal mulai turun. Pusat pengaturan suhu memacu refleks menggigil. Pulsa-pulsa syaraf bergerak ke otot-otot yang menempel di tulang, sehingga tulang beserta otot-ototnya berkontraksi. Aktifitas ini menghasilkan bahang metabolik ekstra. Proses inilah yang bermanfaat untuk memperbesar laju produksi bahang jika suhu lingkungan kurang dari termonetral (< 28°C ).
Oleh reaksi vasomotor terjadi penurunan volume darah terutama disebabkan oleh pergerakan dari darah ke sekitarnya. Penyesuaian hormonal terjadi. Hanya dengan stimulasi sederhana pada aktifitas kelenjar tiroid, hormon thyroxine mengatur laju produksi panas di sel-sel dan jaringan jaringan.
Pengaturan sukarela juga terjadi. Keadaan dingin menyebabkan individu meningkatkan gerakan. Bertambahnya gerakan berarti memperbesar produksi panas.
4.1.2. Mekanisme Penyesuaian pelepasan panas
Reaksi vasomotor yang segera terjadi oleh paparan stres panas adalah reflek pembesaran diameter pembuluh vena dan arteri kecil di bawah kulit. Lebih banyak darah yang mengalir ke kulit, berarti lebih banyak bahang yang terbawa ke permukaan tubuh untuk dilepaskan melalui proses konduksi dan radiasi. Akibat dari pembesaran pembuluh di daerah pinggiran tubuh (di sekitar kulit) adalah pengkerutan pembuluh darah yang ada di bagian dalam tubuh. Pengkerutan pembuluh di tubuh bagian dalam ini menyebabkan tekanan darah turun. Bahang dipercepat melalui pusat cardiac di bagian meduler dari batang otak. Keluaran darah dari jantung (cardiac output) berkurang, sebab volume darah yang kembali ke jantung melalui vena berkurang. Penyesuaian yang terjadi kemudian (secara perlahan-lahan) adalah peningkatan volume darah oleh bergeraknya cairan yang tersebar di antara jaringan (interstitial Fluid) ke dalam pembuluh darah.
Oleh pengaruh suhu internal dan stimulasi dari pusat pengaturan suhu yang dibangkitkan oleh pulsa afferent dari reseptor suhu di kulit menimbulkan refleks berkeringat. Adanya proses penguapan atau pengeluaran keringat menyebabkan hilangnya bahang dari tubuh yang berupa bahang laten.
Sejalan dengan peningkatan suhu lingkungan internal, proses-proses metabolisme dipicu. Lebih banyak panas diproduksi. Laju produksi panas istirahat meningkat. Efek metabolik yang dihasilkan adalah refleks relaksasi otot-otot. Bahang muskuler (yang dihasilkan oleh gerakan otot) berkurang. Selanjutnya adalah penurunan aktivitas sukarela. Akibat selanjutnya yang mungkin ditimbulkan adalah tidur lebih banyak. Berkeringat tidak hanya meningkatkan pengeluaran bahang dari tubuh, tetapi juga mengurangi cairan di tubuh. Mekanisme homeostatik sehubungan dengan pengaturan air di dalam tubuh bekerja. Mekanisme ini bersifat hormonal yang melibatkan kelenjar pituitary dan adrenal (lihat mekanisme pengaturan cairan dalam tubuh pada sub bab terdahulu).
4.2. Penyesuaian fisiologis terhadap tekanan parsial Oksigen rendah
Kebutuhan Oksigen menerus pada sel-sel tubuh merupakan alasan mengapa organisme tergantung dari lingkungan eksternal (atmosfer). Pada permukaan laut tekanan parsial oksigen lebih kurang sebesar 150 mm Hg (200 milibar). Jika organisme berpindah ke pegunungan, di mana tekanan parsial oksiger berkurang tajam, mekanisme homeostatik bekerja dengan tujuan memperbesar masukan Oksigen sehingga kebutuhan seluler akan oksigen yang terus menerus dapat dipenuhi. Mekanisme ini melibatkan pusat pengaturan nafas dan sunsum tulang belakang. Pusat nafas mengatur laju dan panjangnya pernafasan. Sumsum tulang belakang merupakan tempat pembentukan sel-sel darah merah. Sel-sel ini mengandung pigmen yang disebut "haemoglobin", bersama-sama dengan oksigen akan membentuk sel darah merah melalui paru-paru dan membawa oksigen tersebut ke jaringan jaringan di mana oksigen dilepaskan untuk dipakai oleh jaringan jaringan sel.
Reaksi segera yang terjadi menghadapi tekanan parsial oksigen yang rendah adalah pada pernafasan. Reseptor sensitif terhadap perubahan kimia yang berada di arteri besar di daerah leher mendeteksi kandungan oksigen yang rendah di dalam darah. Pulsa syaraf beraksi pada pusat pengaturan nafas untuk mengatur laju dan panjang nafas, untuk membawa oksigen yang lebih banyak ke paru-paru. Reaksi yang terbentuk secara lambat bersifat hormonal. Kandungan oksigen yang rendah menstimulasi ginjal untuk memproduksi hormon "erythropoietin". Hormon ini mempercepat laju produksi Hb oleh sumsum tulang belakang. Jika sel-sel ekstra ini masuk ke dalam aliran darah, kapasitas darah dalam membawa oksigen meningkat. Pada permukaan laut setiap milimeter kubik darah mengandung kira-kira lima juta sel darah merah. Manusia yang tinggal di pegunungan mempunyai konsentrasi darah merah 8 juta per milimeter kubic darah.
1. Sistem Manusia - Lingkungan
Dalam kehidupannya manusia berinteraksi dengan dua lingkungan, yaitu: lingkungan eksternal (fisik) dan lingkungan internal. Hubungan antara kedua lingkungan ini bersifat terbuka. Dari lingkungan eksternal manusia mendapatkan energi makanan (lemak dan karbohidrat), dan material-material lain (oksigen, air, protein, mineral dan vitamin) yang dibutuhkan oleh sel, jaringan dan organ. Bahan-bahan dari lingkungan eksternal ini masuk ke dalam lingkungan internal.
Lingkungan internal mempunyai kemampuan mengorganisir material yang heterogen menjadi struktur yang homogen yang kita sadari sebagai keadaan yang dibutuhkan tubuh manusia. Keadaan yang homogen ini dicapai dan dikelola melalui proses-proses pengaturan dengan cara mengeluarkan simpanan energi (yang levelnya lebih besar) ke lingkungan. Kapasitas untuk mencapai keadaan homogen dari keadaan yang heterogen merupakan sifat dasar dari seluruh organisme hidup.
Tubuh manusia terdiri dari sel-sel, jaringan dan organ-organ yang terendam dalam lingkungan berair (lingkungan inilah yang disebut lingkungan internal). Lingkungan internal ini terdiri dari lebih kurang l5 liter cairan ekstra seluler (yang terdiri dari plasma darah, cairan getah bening dan cairan yang tersebar di antara jaringan) dan lebih kurang 30 liter air intra seluler. Jadi hampir 70 % dari berat tubuh manusia adalah air.
2. Konsep Homeostasis
Sehatnya fungsi sel, jaringan dan organ sangat berhubungan dengan keadaan atau status fisik dan kimia dari lingkungan internal. Sifat-sifat fisik meliputi suhu, tekanan osmotik dan berat jenis. Sifat kimia meliputi kandungan ion hidrogen (pH), tekanan parsial oksigen, konsentrasi elektrolit (sodium, potasium, posporus dan klorid) maupun kandungan (kadar) gula, asam amino dan lemak. Keadaan sehat tergantung dari keadaan pengaturan sifat-sifat fisik dan kimia. Simpangan yang besar dari keadaan seimbang selalu berhubungan dengan memburuknya fungsi organ (sakit). Tingkat pengaturan lingkungan internal ini pada umumnya teridentifikasi pada homeostasis.
Sifat lingkungan internal ditandai dengan simpangan yang kecil atau terkontrol. Yang tergambar dari keadaan ini adalah komposisi lingkungan internal bervariasi dengan sangat terbatas. Sifat yang paling ketat terjaga (teratur) adalah suhu, pH, tekanan osmotik dan konsentrasi beberapa elektrolit seperti sodium, potasium dan klorid. Sifat dengan pengaturan longgar terjadi pada konsentrasi enzim darah dan limbah dari metabolisme seluler. Sifat-sifat yang paling terjaga adalah hal yang paling vital pada effisiensi fungsi dari sel, jaringan dan organ. Sifat-sifat yang tidak terjaga tidak berhubungan atau tidak penting untuk kesehatan fungsi sel, jaringan atau organ.
Simpangan yang terbatas pada sifat fisik dan kimia lingkungan internal ini berarti ada pada keadaan yang mantap. Keadaan yang mantap bukan berarti keadaan yang tetap (statis) tetapi keadaan yang dinamis dengan simpangan yang terbatas (teratur). Keadaan ini dicapai dengan pengaturan fisiologis. Proses-proses pengaturan fisiologis inilah yang disebut dengan mekanisme homeostasis.
3. Mekanisme Homeostasis
Iritabilitas merupakan sifat dasar dari organ-organ tubuh manusia. Dengan iritabilitas berarti kita berespon terhadap perubahan lingkungan. Perubahan lingkungan merupakan stimulus untuk terjadinya perubahan keseimbangan lingkungan internal. Perubahan lingkungan akan berarti sebagai stimulus jika intensitas dan durasi dari perubahan lingkungan tersebut cukup untuk menimbulkan respon .
Sel, jaringan dan organ berespon terahadap lingkungan dengan dua cara. Pertama perubahan menimbulkan aksi langsung pada sel. Sebagai contoh : hadirnya suatu zat kimia (perubahan kimia) pada lingkungan internal menyebabkan proses-proses seluler menjadi lebih cepat atau lambat. Hormon bekerja pada kejadian ini. Kedua, perubahan lingkungan terdeteksi oleh sel-sel khusus, yaitu sel-sel pada system syaraf. Pada kasus ini respon organ bersifat tidak langsung,, tetapi dimediai oleh sistem syaraf. Selanjutnya kita akan melihat bagaimana sistem syaraf berfungsi yang kemudian disertai dengan sistem endokrin.
3.1 Sistem Syaraf
Organ-organ tubuh manusia memiliki detektor yang sensitif (organ dengan tanggapan khusus) yang khusus menanggapi berbagai jenis rangsangan. Jadi pada tubuh manusia terdapat organ-organ yang menanggapi (bereaksi) terhadap cahaya/sinar, suara, perubahan kimia, gradien termal, tekanan, regangan, dan masih banyak lagi. Beberapa organ berfungsi menanggapi perubahan lingkungan internal. Beberapa organ lain bertugas menanggapi perubahan lingkungan eksternal.
Detektor atau reseptor adalah perpanjangan jaringan syaraf dari pusat sistem syaraf. Pusat sistem syaraf terdiri dari otak, batang otak dan sumsum tulang belakang. Reseptor ini merupakan ujung syaraf yang terbuka. Sebagai contoh reseptor yang mendeteksi perubahan termal adalah ujung-ujung syaraf yang terbuka yang terdapat di kulit. Reseptor juga bisa berupa struktur yang lebih kompleks seperti (ujung-ujung syaraf yang terbuka yang terdapat di) mata atau telinga.
Reseptor adalah transduser energi yang mengubah rangsangan yang berupa iritasi khusus menjadi pulsa listrik. Pulsa listrik ini akan menjalar di sepanjang perpanjangan jaringan syaraf (neuron atau serabut syaraf) ke lokasi khusus di pusat syaraf. Neuron yang berfungsi sebagai penghantar pulsa listrik dari hasil rekaman perubahan lingkungan ini disebut afferent neuron atau sensory neuron .
Ada dua grup pusat syaraf utama di mana pulsa-pulsa syaraf ini ditujukan yaitu :
1. Pusat refleks. Berlokasi di batang otak dan sumsum tulang belakang.
2. Pusat sadar. Berlokasi di otak.
Pusat refleks mengumpulkan informasi dari pulsa syaraf tanpa disadari oleh organ-organ yang bersangkutan. Pusat sadar mengumpulkan informasi dari pulsa syaraf yang sifat dan lokasi dari perubahan lingkungannya disadari. Informasi ke pusat refleks akan ditanggapi berupa refleks-rekleks khusus. Sebagai contoh; jika kita memegang benda panas, maka secara refleks kita akan menjatuhkannya. Informasi ke pusat sadar akan ditanggapi secara sukarela. Secara sadar, oleh akibat benda panas yang dipegang dalam contoh di atas akan timbul rasa nyeri dan luka bakar. Respon yang terjadi terhadap perubahan lingkungan biasanya melibatkan baik pusat refleks maupun pusat sadar.
Refleks adalah reaksi yang otomatis dan tidak disengaja yang terjadi pada otot-otot atau kelenjar-kelenjar dalam organ manusia. Reaksi-reaksi otot atau kelenjar tersebut terbawa melalui neuron yang bergerak dari pusat refleks dalam pusat sistem syaraf ke otot-otot dan kelenjar-kelenjar tersebut. Pulsa syaraf ini merambat melalui efferent atau motor neuron. Jika pulsa syaraf bereaksi pada otot, maka pada otot-otot tersebut akan terjadi perubahan panjang, sehingga terjadi gerakan. Jika pulsa syaraf bereaksi di kelenjar, kelenjar tersebut akan memproduksi dan melepaskan cairan sekresi (air liur, empedu, keringat, dan sebagainya).
Pada umumnya otot-otot pada tubuh manusia terletak menempel pada tulang atau menempel di dinding organ dan struktur, seperti sistem pencernaan makanan, kantong kemih dan pembuluh-pembuluh darah. Di dalam tubuh manusia terdapat dua jenis kelenjar, yaitu kelenjar eksokrin dan kelenjar endokrin. Kelenjar eksokrin berperan pada sistem pencernaan makanan dan sistem produksi (pengeluaran) keringat. Kelenjar-kelenjar ini mempunyai salutan (pembuluh) dan jika terangsang akan menghasilkan/mengeluarkan produk seperti ludah dan keringat Kelenjar endokrin tidak mempunyai pembuluh. Produknya berupa hormon (bahan pengatur), produk ini akan langsung masuk ke dalam aliran darah.
Otot-otot yang menempel pada tulang tidak hanya diaktifkan oleh refleks, tetapi juga dapat diatur oleh keputusan sukarela (sadar). Aktivitas sukarela ini dimungkinkan oleh motor neuron yang bergerak ke otak atas perintah pusat kesadaran dan keluar dari pusat sistem syaraf ke otot-otot tulang. Sebagai contoh, bernafas adalah aktivitas otomatis yang tidak disadari. Dengan keputusan sukarela suatu ketika kita dapat menghentikan nafas sementara, menahan nafas atau mengatur panjang pendeknya pernafasan.
3.2 Sistem Endokrin
Pada umumnya kelenjar yang tidak berpembuluh dirangsang oleh refleks. Ada juga yang dirangsang atau dihambat oleh perubahan kimia khusus pada cairan di sekelilingnya. Sebagai akibat dari adanya stimulasi, apakah itu secara kimiawi atau syaraf, kelenjar endokrin memproduksi hormon yang langsung masuk ke dalam aliran darah. Hormon adalah molekul organik kompleks yang terbawa di dalam alirah darah ke sel-sel atau organ, berfungsi mengatur metabolik sel, jaringan dan organ.
Hormon tidak memulai proses-proses di dalam tubuh, tetapi hanya mengatur laju aktifitas di mana hormon tersebut beiperan. Reaksi terhadap perubahan lingkungan bersifat hormonal berlangsung lambat dibandingkan dengan reaksi yang ditimbulkan oleh urat syaraf. Pulsa syaraf bergerak sangat cepat pada neuron sensor atau neuron motor, jauh lebih cepat dari pada perjalanan hormon di dalam sistem sirkulasinya.
Hormon-hormon yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin mempunyai peran yang luas. Peran-peran hormon yang telah diketahui antara lain: mengatur pertumbuhan fisik dan mental, metabolisme sel, sifat fisik dan kimia lingkungan internal, proses-proses pencernaan, dan memfungsikan banyak organ tubuh.
3.2.1 Pengaturan Tekanan Osmotik Lingkungan Internal
Organ organ yang berperan dalam proses tersebut adalah hipotalamus (terletak di batang otak banyak mengandung pusat-pusat refleks untuk mekanisme homeostatik), kelenjar pituitary posterior, dan ginjal. Ginjal berfungsi untuk membuang limbah hasil metabolisme, tetapi juga menjaga air di dalam tubuh. Ginjal mempunyai kemampuan mengatur jumlah dan kepekatan urin dalam rangka mengatur air di dalam tubuh. Kelebihan air di tubuh akan menurunkan tekanan osmotik darah. Kekurangan air dalam tubuh akan meningkatkan tekanan osmotik. Perubahan tekanan osmotik dalam darah akan terdeteksi oleh osmoreseptor yang berlokasi di pembuluh darah kecil di hipotalamus. Pulsa syaraf terbawa melalui neuron ke kelenjar pituitary posterior di mana hormon diuretic disimpan. Hormon ini diproduksi dan langsung dibawa oleh aliran darah ke ginjal di mana jumlah produksi air (urin) diatur. Jika darah kental dan tekanan osmotik naik, produksi hormon diuretic diperbesar. Sebagai akibatnya volume urin turun (sedikit). Dengan sedikitnya urin yang dikeluarkan, maka banyak air yang terjaga, dan darah menjadi encer. Produksi hormon diuretik diturunkan. Inilah perubahan kimiawi dinamis antara batang otak dan ginjal dalam pengelolaan lingkungan internal agar tekanan osmotik menjadi mantap.
3.3. Model Sederhana Mekanisme Homeostasis
Perubahan lingkungan eksternal pada umumnya ditanggapi oleh tubuh melalui sistem syaraf, perubahan dideteksi oleh detektor (receptor) khusus. Perubahan lingkungan internal dideteksi oleh detektor khusus lainnya. Tubuh manusia merupakan sistem terbuka, yang membutuhkan energi makanan dan material-material makanan dari lingkungan eksternal, maka model mekanisme homeostasi melibatkan pengaturan internal dan pengaturan eksternal.
3.3.1. Pengaturan Internal
Perubahan lingkungan internal akan menimbulkan keadaan yang menyimpang (dari keadaan set-point) pada reseptor-reseptor internal. Penyimpangan tersebut akan terdefeksi dan menimbulkan respon untuk mengoreksi simpangan tersebut. Tanpa adanya simpangan maka tidak akan ada pengaturan. Keragaman awal pada lingkungan internal ini disebut sistem keragaman. Suatu ketika proses-proses pengaturan akan beraksi untuk mengkoreksi simpangan. Organisme memiliki mekanisme untuk menunjukkan bahwa simpangan telah dikoreksi. Mekanisme ini diidentifikasikan sebagai umpan balik negatif. Jika perubahan lingkungan telah dikoreksi lingkungan di sekitar detektor mendekati keadaan set-point. Detektor kemudian berhenti menimbulkan respon-respon pengaturan lanjutan. Oleh karena diperlukan waktu untuk berbagai tahapan proses pengaturan, maka sering terjadi koreksi berlebih. Koreksi berlebih ini menimbulkan lingkungan yang baru, yang dapat memicu mekanisme pengaturan kembali. Jadi sistem keragaman adalah perubahan yang kontinu pada lingkungan internal. Simpangan dari keadaan set-point pada detektor tidak pernah terkoreksi secara komplit, tetapi mekanisme pengaturan memungkinkan keadaan mantap pada lingkungan internal terkelola.
3.3.2. Pengaturan Eksternal
Pengelolaan keadaan mantap pada lingkungan internal menuntut organisme terus menerus mengisi kembali simpanan energi makanan dan material-material lain yang terbatas dari sumber di lingkungan eksternal. Jika pemanfaatan materi-materi tersebut terjadi secara kontinu, maka pemasukan juga harus dilakukan secara kontinu. Walaupun demikian banyak simpangan pada sifat-sifat fisik dan kimia lingkungan internal tidak dapat dikoreksi oleh mekanisme pada lingkungan internal itu sendiri. Untuk alasan ini maka perlu ada komponen-komponen perilaku pengaturan fisiologis yang disebut pencarian (searching) terhadap energi makanan dan materialmaterial lain untuk mengoreksi simpangan dari lingkungan eksternal. Pencarian memerlukan vektor yang dapat diarahkan organisme ke arah material-material yang dibutuhkan. Jadi pengaturan eksternal terdiri dari pencarian dan pengarahan (searching and orientation). Letak reseptor sensor yang ada di bagian luar (di permukaan tubuh) membuat search and orientation menjadi efektif.
Aspek perilaku lain dari pengaturan eksternal adalah membantu mekanisme homeostasis menyangkut perbaikan dari variasi ekstrim lingkungan eksternal. Variasi-variasi ini dideteksi oleh receptor eksternal dan responnya adalah proses-proses motor yang kompleks. Sebagai contoh adalah timbulnya kebutuhan akan "pakaian, sangkar (selter), pemanas dan pendingin ruangan" sebagai proteksi terhadap lingkungan. Binatang juga mempunyai cara untuk mengatasi lingkungan dengan cara membangun sarang, hidup di dalam liang atau goa atau di bawah batu. Banyak binatang yang bergerak masuk atau keluar dari sarang tergantung dari keadaan lingkungan eksternal. Proteksi terhadap lingkungan ini dapat dilihat sebagai search and orientation.
3.3.3. Aksi Gabungan Pada Mekanisme Homeostasis
Tubuh manusia bukan merupakan susunan yang sederhana atas sel-sel, jaringan-jaringan dan organ-organ, melainkan merupakan gabungan dari organisme-organisme yang utuh dan menyatu. Fungsi organisme tidak dapat diprediksi dari proses-proses utama atau unsur-unsurnya saja. Organisasi dan hubungan antar sel-sel, jaringan-jaringan dan organ-organ tidak dapat diduga dari bagian-bagian yang terisolasi yang diketahui. Sifat yang menarik dari organisme adalah operasional yang terintegrasi. Sel-sel, jaringan jaringan dan organ-organ mempunyai fungsi yang khusus, tetapi bagian-bagian ini membentuk fungsi yang holistik melalui sistem yang terintegrasi yaitu sistem syaraf dan sistem endokrin. Sistem-sistem inilah yang sangat berperan dalam mekanisme homeostasis. Mekanisme inilah yang mengelola lingkungan internal terjaga dalam "keadaan mantap" menghadapi perubahan lingkungan eksternal. Terpeliharanya keadaan mantap menghadapi tantangan perubahan lingkungan eksternal merupakan ukuran efektifitas pengaturan fisiologis.
Organisme tubuh manusia mernpunyai kemampuan penyesuaian yang cepat (segera) dan penyesuaian lanjutan. Penyesuaian homeostatik cepat dijalankan oleh sistem syaraf, penyesuaian lanjutan dijalankan oleh sistem syaraf bekerjasama dengan sistem endokrin. Pengulangan atau perpanjangan waktu paparan stress, reaksi organismik akan berubah. Lama gangguan terhadap keadaan mantap dan derajad variasi mekanisme homeostasis sedikit demi sedikit akan berkurang. Variasi fenotip ini disebut "Aklimatisasi", jika penyebab stress adalah faktor meteorologi. Variasi fenotip ini bersifat plastis tergantung dari kapasitas adaptasi. Manusia mempunyai plastisitas fenotif yang besar sehingga dapat hidup pada kisaran lingkungan eksternal yang lebar.
Jika keadaan mantap pada lingkungan internal tidak dapat dijaga oleh karena kendala pada mekanisme homeostasis terlalu besar dan terjadi disintegrasi, fungsi-fungsi seluler maupun organismic akan terganggu. Dalam keadaan demikian organisme dikatakan dalam keadaan sakit. Gejala penyakit pada organisme ditimbulkan oleh percobaan mekanisme homeostasis dalam mempertahankan keadaan mantap dan oleh aksi keadaan yang merusak pada organisme.
4. Hubungan Mekanisme Homeostasis Dengan Kapasitas Adaptasi Menghadapi Perubahan Cuaca
Manusia modern merupakan evolusi dari Generasi Australopithecus yang tinggal di iklim stepa semi-arid di Afrika timur dan Selatan. Berjuta juta tahun kehadirannya di bumi manusia menyebar dan hidup dalam lingkungan yang sangat beragam, dari daerah panas hingga daerah dingin, dari berbagai ketinggian permukaan laut hingga tempat dengan udara yang jarang di pegunungan. Kapasitas adaptasi dipengaruhi baik oleh faktor fisiologis maupun faktor budaya. Pada bab ini kita akan membahas pengaturan fisiologis manusia menghadapi kendala panas, dingin dan tekanan parsial oksigen rendah.
4.1. Termoregulasi
Tubuh manusia mempunyai "darah panas". Suhu lingkungan internal dijaga pada suhu sekitar 37°C. Mekanisme homeostasis berfungsi pada pengaturan suhu untuk menjaga keseimbangan termal, yaitu keseimbangan produksi dan pelepasan bahang sehingga keadaan mantap suhu terjaga.
Simpangan dari kondisi mantap akan terdeteksi oleh sel-sel yang sensitif terhadap bahang di hipotalamus. Reseptor-reseptor ini dan pusat refleks dimana neuron-neuron afferent menyampaikan pulsa memberi kuasa pada pusat pengaturan suhu. Informasi-informsi bergerak dari reseptor yang sensitif terhadap suhu berada di lapisan-lapisan dalam kulit ke pusat pengaturan suhu. Oleh receptor-reseptor ini pusat memperoleh informasi bahwa lingkungan menjadi lebih panas atau lebih dingin. Pusat pengaturan suhu kemudian mengaktifkan mekanisme homeostasis untuk mengelola keseimbangan bahang.
Mekanisme homeostasis dijalankan oleh pusat pengaturan suhu akan menahan atau melindungi bahang di dalam tubuh (mengurangi kehilangan bahang) pada saat organisme terpapar udara dingin, dan meningkatkan kehilangan bahang pada saat menghadapi pemanasan yang berlebih. Jadi penyelesaian masalah dalam pengaturan bahang di sini adalah meningkatkan produksi panas pada lingkungan dingin dan meningkatkan pelepasan panas pada lingkungan panas. Proses-proses pengaturan di sini melibatkan pengaturan internal dan pengaturan eksternal, dengan melibatkan baik mekanisme syaraf maupun mekanisme endokrin. Sistem syaraf yang terlibat dalam pengaturan adalah sistem syaraf “autonomic". Pengaturan refleks melibatkan sistem "cardiovascular" (jantung dan pembuluh-pembuluh darah) , sistem pernafasan, dan kelenjar keringat.
Kisaran suhu dimana orang tidak mengalami stress pada termoregulasi dan produksi bahang dalam keadaan istirahat minimal disebut zona "thetmoneutral". Untuk manusia zona ini berada pada kisaran 28°C - 31°C. Keadaan di atas termonetral menyebabkan mekanisme peningkatan pelepasan bahang diaktifkan, di bawah termonetral mekanisme konservasi bahang aktif.
4.1.1. Mekanisme konservasi bahang
Respon fisiologis yang segera terjadi jika terpapar udara dingin adalah refleks mengkerutnya pembuluh. Dua pusat refleks yang terlibat adalah pusat pengatur suhu dan pusat vasomotor (penggerak pembuluh) di bagian meduler dari cabang otak. Pusat vasomotor merupakan pusat outonomic. Serabut-serabut syaraf (neuron) dari pusat ini melewati otot-otot pada dinding-dinding vena dan arteri kecil di bawah, kulit. Jika otot-otot disekeliling pembuluh herkontraksi, maka ukuran pembuluh ini berkurang, yaitu dengan. mengkerut. Aliran darah di wilayah perifer (pinggiran) tubuh akan berkurang. Darah berfungsi membawa bahang metabolik ke kulit untuk dilepaskan melalui proses radiasi dan konduksi. Adanya refleks pengkerutan pembuluh menyebabkan pelepasan panas radiatif dan konduktif akan terhalang sehingga bahang di dalam tubuh terjaga. Sebagai imbangan pembuluh darah di dalam tubuh tnembesar, sehingga aliran darah ke dalam tubuh ini (ke dalam jantung) besar. Oleh adanya peningkatan volume darah ke jantung melalui vena (pembuluh balik) besar, tekanan darah cenderung meningkat.
Oleh paparan dingin yang berkepanjangan, refleks vasomotor tidak memadai lagi, bahang yang dijaga tidak mencukupi. Suhu lingkungan internal mulai turun. Pusat pengaturan suhu memacu refleks menggigil. Pulsa-pulsa syaraf bergerak ke otot-otot yang menempel di tulang, sehingga tulang beserta otot-ototnya berkontraksi. Aktifitas ini menghasilkan bahang metabolik ekstra. Proses inilah yang bermanfaat untuk memperbesar laju produksi bahang jika suhu lingkungan kurang dari termonetral (< 28°C ).
Oleh reaksi vasomotor terjadi penurunan volume darah terutama disebabkan oleh pergerakan dari darah ke sekitarnya. Penyesuaian hormonal terjadi. Hanya dengan stimulasi sederhana pada aktifitas kelenjar tiroid, hormon thyroxine mengatur laju produksi panas di sel-sel dan jaringan jaringan.
Pengaturan sukarela juga terjadi. Keadaan dingin menyebabkan individu meningkatkan gerakan. Bertambahnya gerakan berarti memperbesar produksi panas.
4.1.2. Mekanisme Penyesuaian pelepasan panas
Reaksi vasomotor yang segera terjadi oleh paparan stres panas adalah reflek pembesaran diameter pembuluh vena dan arteri kecil di bawah kulit. Lebih banyak darah yang mengalir ke kulit, berarti lebih banyak bahang yang terbawa ke permukaan tubuh untuk dilepaskan melalui proses konduksi dan radiasi. Akibat dari pembesaran pembuluh di daerah pinggiran tubuh (di sekitar kulit) adalah pengkerutan pembuluh darah yang ada di bagian dalam tubuh. Pengkerutan pembuluh di tubuh bagian dalam ini menyebabkan tekanan darah turun. Bahang dipercepat melalui pusat cardiac di bagian meduler dari batang otak. Keluaran darah dari jantung (cardiac output) berkurang, sebab volume darah yang kembali ke jantung melalui vena berkurang. Penyesuaian yang terjadi kemudian (secara perlahan-lahan) adalah peningkatan volume darah oleh bergeraknya cairan yang tersebar di antara jaringan (interstitial Fluid) ke dalam pembuluh darah.
Oleh pengaruh suhu internal dan stimulasi dari pusat pengaturan suhu yang dibangkitkan oleh pulsa afferent dari reseptor suhu di kulit menimbulkan refleks berkeringat. Adanya proses penguapan atau pengeluaran keringat menyebabkan hilangnya bahang dari tubuh yang berupa bahang laten.
Sejalan dengan peningkatan suhu lingkungan internal, proses-proses metabolisme dipicu. Lebih banyak panas diproduksi. Laju produksi panas istirahat meningkat. Efek metabolik yang dihasilkan adalah refleks relaksasi otot-otot. Bahang muskuler (yang dihasilkan oleh gerakan otot) berkurang. Selanjutnya adalah penurunan aktivitas sukarela. Akibat selanjutnya yang mungkin ditimbulkan adalah tidur lebih banyak. Berkeringat tidak hanya meningkatkan pengeluaran bahang dari tubuh, tetapi juga mengurangi cairan di tubuh. Mekanisme homeostatik sehubungan dengan pengaturan air di dalam tubuh bekerja. Mekanisme ini bersifat hormonal yang melibatkan kelenjar pituitary dan adrenal (lihat mekanisme pengaturan cairan dalam tubuh pada sub bab terdahulu).
4.2. Penyesuaian fisiologis terhadap tekanan parsial Oksigen rendah
Kebutuhan Oksigen menerus pada sel-sel tubuh merupakan alasan mengapa organisme tergantung dari lingkungan eksternal (atmosfer). Pada permukaan laut tekanan parsial oksigen lebih kurang sebesar 150 mm Hg (200 milibar). Jika organisme berpindah ke pegunungan, di mana tekanan parsial oksiger berkurang tajam, mekanisme homeostatik bekerja dengan tujuan memperbesar masukan Oksigen sehingga kebutuhan seluler akan oksigen yang terus menerus dapat dipenuhi. Mekanisme ini melibatkan pusat pengaturan nafas dan sunsum tulang belakang. Pusat nafas mengatur laju dan panjangnya pernafasan. Sumsum tulang belakang merupakan tempat pembentukan sel-sel darah merah. Sel-sel ini mengandung pigmen yang disebut "haemoglobin", bersama-sama dengan oksigen akan membentuk sel darah merah melalui paru-paru dan membawa oksigen tersebut ke jaringan jaringan di mana oksigen dilepaskan untuk dipakai oleh jaringan jaringan sel.
Reaksi segera yang terjadi menghadapi tekanan parsial oksigen yang rendah adalah pada pernafasan. Reseptor sensitif terhadap perubahan kimia yang berada di arteri besar di daerah leher mendeteksi kandungan oksigen yang rendah di dalam darah. Pulsa syaraf beraksi pada pusat pengaturan nafas untuk mengatur laju dan panjang nafas, untuk membawa oksigen yang lebih banyak ke paru-paru. Reaksi yang terbentuk secara lambat bersifat hormonal. Kandungan oksigen yang rendah menstimulasi ginjal untuk memproduksi hormon "erythropoietin". Hormon ini mempercepat laju produksi Hb oleh sumsum tulang belakang. Jika sel-sel ekstra ini masuk ke dalam aliran darah, kapasitas darah dalam membawa oksigen meningkat. Pada permukaan laut setiap milimeter kubik darah mengandung kira-kira lima juta sel darah merah. Manusia yang tinggal di pegunungan mempunyai konsentrasi darah merah 8 juta per milimeter kubic darah.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar